CN112098681A - 一种精确调控原子力显微镜针尖倾角的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种精确调控原子力显微镜针尖倾角的方法，该方法通过高能离子束(如氦离子)注入到针尖底部附近，使得针尖附件衬底材料发生隆起，从而引起针尖的倾斜，类似比萨斜塔效应，可以实现针尖的倾斜。通过控制离子束注入的剂量，可以控制隆起的体积，控制针尖倾斜的角度。该方法可以精确控制原子力探针针尖的倾斜角，控制纳米柱子之间的距离。

Description

一种精确调控原子力显微镜针尖倾角的方法
技术领域
本发明属于纳米制造技术和纳米测试领域，尤其涉及一种精确调控原子力显微镜针尖倾角的方法。
背景技术
原子力显微镜技术是目前纳米尺度测试和表征的一个重要技术，在芯片测试，材料表征，生物测量等领域都有不可替代的地位。而原子力显微镜探针是它的最核心部件，决定了测量的精度和准确度。原子力显微镜探针大部分都是由一个微悬臂梁和在靠近其自由端的一个垂直针尖组成。目前的原子力显微镜探针和样品的角度一般是固定的，而且探针的微悬臂梁平面是和样品平面有一定角度的，如图3所示，微悬臂梁平面和样品表面倾斜10-15度左右；所以在测试高深宽比微纳结构的时候存在测不准，无法接触底部的情况。
综上，目前的一个技术瓶颈在于测试高深宽比的结构或者较深的槽结构，探针很难进入到槽的底部，导致测试不准确，无法反映出真实的结构；另外，目前的原子力显微镜探针无法扫描到结构的侧面；而通过具有倾斜角度的针尖的探针，可以扫描到结构的侧面。目前没有商业上可行的技术实现这个目标。因为主流的原子力显微镜探针利用微制造工艺，通过硅的刻蚀制造针尖，只能够实现针尖和衬底90度的结构，无法实现倾斜角度，更不可能实现任意倾斜角度；有通过聚焦粒子刻蚀机(FIB)可以雕刻出倾斜针尖，但是耗时长，成本高；还有通过FIB将纳米线粘在微悬臂梁上，但是很容易脱落，角度也很难精准控制，重复性和可控型差。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种精确调控原子力显微镜针尖倾角的方法。本发明用于制造可以控制针尖和悬臂梁平面任意倾斜角度的原子力显微镜探针。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种精确调控原子力显微镜针尖倾角的方法，具体为：首先定位原子力显微镜探针针尖的底部在微悬臂梁上的位置，然后在针尖底部处附近注入高能离子束，使作用区域产生局部隆起，从而使原子力显微镜探针针尖倾斜；通过控制离子束剂量控制隆起的程度，从而控制原子力显微镜探针针尖的倾斜角度。
进一步地，所述高能离子束为氦离子束。
本发明的有益效果是：本发明方法可以和主流的原子力显微镜探针技术兼容，是通过高能离子束(如氦离子)注入到针尖底部附近，使得针尖附近衬底材料发生隆起，从而引起针尖的倾斜，类似比萨斜塔效应，可以实现针尖的倾斜。本发明通过控制高能离子束注入的剂量，可以控制隆起的体积，从而精准调控原子力探针针尖倾斜的角度，控制纳米柱子之间的距离；可以将现有的探针角度调整到安装在设备上的时候，针尖和样品正好垂直，准确的测量出样品的原貌。本发明耗时短，成本低，而且针尖还是和悬臂梁为一个整体，不容易脱落，可靠性高，具有重要的应用价值。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明针对针尖在微悬臂梁平面的探针针尖角度调控流程1示意图；
图2是本发明针对针尖在微悬臂梁平面的高台上的探针针尖角度调控流程2示意图；
图3是本发明在测试样品尤其是深沟槽样品中的应用示意图。
具体实施方式
本发明一种用于纳米制造的精确调控原子力显微镜针尖倾角的方法，通过控制高能离子束对针尖底部微悬臂梁基底的注入实现局部的隆起，实现针尖的倾斜，并且通过控制高能离子束的注入剂量，精准控制隆起的体积，从而实现精准的控制倾斜角度，具体为：
如图1所示，针对针尖直接在微悬臂梁平面的探针，首先定位针尖的底部位置，然后在针尖底部处附近注入高能离子束，如氦离子，使作用区域产生局部隆起，通过控制氦离子束剂量可以控制隆起的程度，从而控制针尖的倾斜角度。
如图2所示，针对针尖在微悬臂梁平面的高台上面的探针，首先定位针尖的底部在高台的位置，然后对高台顶部的针尖底部处附近进行高能离子束注入，使得高台顶部在针尖底部区域局部隆起，实现针尖的倾斜。
如图3所示，使用本发明制造的带有倾斜针尖的原子力显微镜探针，使原子力显微镜探针进入样品凹槽底部；相比于传统方式，可以更精准的测试深槽或者高深宽比样品。

Claims (2)

1.一种精确调控原子力显微镜针尖倾角的方法，其特征在于，具体为：首先可以定位原子力显微镜探针针尖的底部在微悬臂梁上的位置，然后可以在针尖底部处附近注入高能离子束，使作用区域产生局部隆起，从而使原子力显微镜探针针尖倾斜；通过控制离子束剂量控制隆起的程度，从而控制原子力显微镜探针针尖的倾斜角度。
2.如权利要求1所述精确调控原子力显微镜针尖倾角的方法，其特征在于，所述高能离子束为氦离子束等。
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